přitápění solárním systémem bychom mohli řešit odděleně, zpravidla však díky zjednodušující a urychlující celý proces navrhování vychází ze zkušeností a technických podkladů jednotlivých dodavatelů technologií a výrobců, kteří vytvářejí monogramy, tabulky a diagramy (obr. 1.16.) usnadňující práci projektantům při navrhování solárních soustav.
Další metoda vychází z požadavku na procentuální pokrytí celoroční spotřeby, kdy podle lokality a použitého kolektoru je znám potenciální roční zisk pro danou aplikaci v [kWh/m2/rok] a přes procentuální podíl celkové spotřeby odvodíme zjednodušeně potřebnou
0,5–0,8 m2 vakuového trubicového kolektoru na 10 m2 obytné plochy 1,5–2,5 m2 vakuového trubicového kolektoru na osobu
Objem zásobníku:
minimálně 50 l/m2 plochy kolektoru + 50 l na osobu 50–85 l/m2 plochy kolektoru
100–200 l/kW topného výkonu
Tab. 1.01. Empirické dimenzování kombinovaných solárních soustav [10]
Dimenzování podle výše investice a tržních pravidel je nejčastějším případem pro běžné komerční instalace na rodinných domech, u kterých se spíše posuzují finanční možnosti investora a aktuální situace z hlediska dotačních titulů z veřejných prostředků.
Zpravidla se zohledňuje kvalita stávající topné soustavy a tepelné ztráty objektu a z těchto parametrů se usoudí, zda má finančně dostupný solární systém vůbec šanci se na přitápění podílet. V opačném případě se investorovi doporučí spíše solární systém pro ohřev TV nebo úprava topné soustavy, případně další úsporná opatření vedoucí ke snížení spotřeby energie na vytápění (zateplení objektu, výměna oken..). Tato opatření navíc vedou ke snížení požadavků na teplotu topné vody ve stávající topné soustavě,
Solární fototermální systémy v extrémních klimatických podmínkách ČR Ing. Dalibor Skácel 1- Teorie přeměny a využívání sluneční energie
- 10 -
čímž se zlepší okrajové podmínky pro instalaci solárního systému. Většina realizačních firem dnes nabízí spíše ucelené solární sety, které bychom mohli spíše charakterizovat stejně jako velikost oděvů: M, L, XL, XXL. Zpětně pak můžeme dopočítat reálné chování solárního systému pro daný případ přes měsíční průměrné hodnoty nebo pomocí simulačních programů.
Obr. 1.16. Monogram pro dimenzování solárních systémů pro přitápění a ohřev TV [SONNENKRAFT]
Odborníci a projektanti v oboru solární techniky používají spíše sofistikovanější propočet, který u malých systémů s kolektorovou plochou 10–15 m2 stejně vzhledem k minimální jednotce plochy slunečního kolektoru cca 2,5 m2 není úplně relevantní. Výpočty popsané v literatuře, např. [8,27], vyžadují více vstupních údajů.
Solární fototermální systémy v extrémních klimatických podmínkách ČR Ing. Dalibor Skácel 1- Teorie přeměny a využívání sluneční energie
- 11 -
qKden [kWh/(m2.den)] denní měrný tepelný zisk z kolektorů
HTden [kWh/(m2.den)] skutečné denní množství sl. energie na jednotku plochy HTdenteor [kWh/(m2.den)] teoretické denní množství sl. energie na jedn. plochy HTdendif [kWh/(m2.den)] denní množství difúzní sl. energie na jedn. plochy přinést nejpřesnější výsledky, je zjednodušování a nároky na kvalitní vstupní data, která zpravidla nejsou vždy pro danou lokalitu k dispozici. Zejména se jedná o teplotu v době slunečního svitu, střední teplotu na kolektoru a zpravidla měsíční krok bilancování, který je sice dostačující z hlediska statistických údajů, ale nedostatečný z hlediska vazby solárních zisků akumulace a spotřeby. Komplikace těchto vazeb je zpravidla vyčíslena zjednodušeně systémovými ztrátami. Pokud pracujeme s celoroční bilancí a měsíčními průměry vždy vedle výpočtů energetické potřeby TV a vytápění, je lepší použít skutečné hodnoty, pokud jsou u stávajících domů k dispozici.
1.4.2. Dimenzování akumulace solárního tepla
Každý solární systém pro překlenutí nesoučasnosti poptávky a nabídky tepelné energie vyžaduje doplnění o akumulaci. V předchozí kapitole je definována především kolektorová plocha, která je „výkonovým“ a nejdražším prvkem solárních soustav.
Druhým nejdražším prvkem pak je akumulace jakožto „jistící záložní“ prvek. Návrh typu a velikosti zásobníku solárního tepla je proto velmi komplikovaný. V tab. 1.01. jsou empirické hodnoty kapacity tepelné akumulace kombinovaných solárních systémů pro ohřev TV a přitápění. Velikost zásobníku dimenzujeme zejména vzhledem k velikosti kolektorového pole solárního systému, dále pak s ohledem na další neřízené zdroje, například kotle na tuhá paliva a režimy vytápění (akumulační topení/nízký tarif/časové omezení).
Obr. 1.17. Podstata akumulace solárního tepla
Solární fototermální systémy v extrémních klimatických podmínkách ČR Ing. Dalibor Skácel 1- Teorie přeměny a využívání sluneční energie
- 12 -
Dalším důležitým parametrem pro dimenzování jsou skutečné spotřeby tepla a z toho pramenící schopnost překlenutí období bez aktuální sluneční energie z akumulace. Dále je dimenzování významně ovlivněno požadavkem na solární podíl solárního krytí. Kapacita, konstrukční řešení akumulace a systémové řešení solárního systému musí zajistit dostatek prostoru pro překlenutí nesoučasnosti solární nabídky a spotřeby tepla v domě.
Dále má dimenzování kapacity akumulace významný vliv na nežádoucí stagnační stavy solárních soustav. V procesu využívání solárních systémů dochází k mnoha stavům, které jsou znázorněny na obrázku 1.17. V zásadě je nutnost akumulace solárního tepla vyjádřena obrázky 2.15. a 2.22. a vztahem (21) akumulace v
(21)
(22)
Pokud jsou solární zisky menší nebo rovny aktuální spotřebě, je důležité zajistit využití i sebemenších solárních zisků pokud možno k přímému užitku bez dalšího zatížení absolutně díky absenci slunečního záření zejména v nočních hodinách, nebo jsou nulové díky stavu systému, použité technologii a způsobu řízení. Systémové nulové zisky
• kapacita akumulace, velikost zásobníku [m3; kWh]
• typ a způsob akumulace (fyzikální podstata akumulace, konstr. pojetí)
• kvalita nabíjení a vybíjení (efektivita a dynamika procesů)
• tepelné vlastnosti akumulace (tepelné ztráty rozvodů a samotného zásobníku)
O jednotlivých typech solárních zásobníků a problematice akumulace solárního tepla pojednává kapitola 2.2., problematice zvyšování její funkceschopnosti je věnována kapitola 3.2.
Dimenzování akumulace je na spodní mezní hranici omezeno zejména minimálním překlenutím cyklu den/noc a omezením stagnačních stavů sl. Kolektorů; další mezí je